水素抱負は、特に機械的信頼性と長期性能が不可欠な産業では、高強度炭素鋼ネジの生産と適用において重大な懸念事項です。この現象は、結晶構造内の水素原子の存在と拡散による延性の喪失と金属の最終的な故障を指します。特に炭素鋼の留め具で水素の包含がどのように発生するかを理解することは、メーカー、エンジニア、および品質管理の専門家にとって壊滅的な障害を防ぐために不可欠です。
高強度における水素抱入 炭素鋼のネジ 一般に、水素の導入、水素拡散とトラッピング、およびその後の包括的な障害が遅れているという3つの主要な段階が含まれます。初期段階の水素侵入は、製造プロセスの複数のポイント中に発生する可能性があります。一般的なソースには、漬物（酸洗浄）、電気めっき（特に亜鉛またはカドミウム）、リン酸塩、さらには耐食反応が含まれます。ネジが酸性環境または電気化学プロセスにさらされると、原子水素が金属表面に生成されます。これらの水素原子のいくつかは、特に高い硬度または引張強度（通常1000 MPaを超える）を持つ鋼で、鋼マトリックスに浸透します。
金属の中に入ると、水素原子は移動し、粒界、脱臼、包含物、ボイドなどのさまざまな微細構造欠陥に閉じ込められます。合金と熱処理により、より緊張して高感度の微細構造を持つ傾向がある高強度鋼では、格子の欠陥は水素蓄積のための好ましい部位を提供します。時間が経つにつれて、少量の閉じ込められた水素でさえ、特に引張荷重の下で、金属の凝集を損なう内部応力を構築することができます。
腹立メカニズムは、水素自体の存在だけでなく、ストレス下で鋼とどのように相互作用するかによるものです。広く受け入れられている理論の1つは、水素強化局所可塑性（HELP）であり、水素は局所的な領域での脱臼の可動性を増加させ、早期の亀裂開始と伝播をもたらします。水素強化甲甲式（HEDE）として知られる別の理論は、水素が穀物境界に沿って原子結合を弱め、顆粒間骨折につながることを示唆しています。実際には、両方のメカニズムが鋼の組成、微細構造、およびサービス条件に応じて同時に動作する場合があります。
用途では、水素包括的な腹部はしばしば遅れた故障として現れます。製造後にすべての機械的テストに合格するネジは、特に張力ストレスにさらされる場合、数日または数週間使用してから突然故障する可能性があります。骨折の表面は通常、通常の条件下で材料が延性しているにもかかわらず、切断や粒骨間亀裂などの脆性の特徴を示しています。これにより、障害が警告なしに発生し、多くの場合重大なアセンブリで発生するため、水素包括的な腹部が特に危険になります。
高強度の炭素鋼のネジの水素吸収を防ぐために、いくつかの戦略が一般的に採用されています。 1つ目はプロセス制御です。メーカーは、表面処理プロセス中の水素曝露を最小限に抑える必要があります。たとえば、酸性炭酸の代わりにアルカリ洗浄を使用し、可能な場合は電気めっきを避けたり、機械めっきなどの代替品を使用したりします。電気めっきが必要な場合、ベーキングとして知られる重要なポストプロセスが実施されます。これには、播種後まもなく、ネジ（通常は190〜230°Cで数時間）を加熱して、閉じ込められた水素が損傷を引き起こす前に拡散することができます。
材料の選択は別の制御方法です。炭素含有量を減らすか、腹立てに対する抵抗性が向上した合金鋼の選択は役立ちますが、これには強度とコストのトレードオフが含まれる場合があります。さらに、ファスナーの究極の引張強度を、腹立量のしきい値をわずかに下回る（一般に〜1000 MPaとして引用）、感受性を劇的に低下させる可能性があります。
サービスでは、ストレスの軽減と環境制御が重要です。過度に締められ、適切なトルク仕様を使用すると、ネジに適用される引張応力が制限される場合があります。シーラーと組み合わせた亜鉛ニッケルやリン酸塩処理などの保護コーティングは、水素を生成する腐食性環境からネジを保護できます。非常に重要なアプリケーションでは、ファスナーは、潜在的な包括的なリスクを説明するために、組み込みの安全因子で指定されることがあります。
高強度の炭素鋼のネジの水素包含は、ストレス下での水素の侵入、トラッピング、亀裂の伝播を含む、複雑だがよく理解されている現象です。その発生は、鋼組成、製造プロセス、環境への曝露、サービスストレスなどの複数の要因の影響を受けます。厳密なプロセス制御、適切な材料選択、ベーキングなどの治療後プロトコルを通じて、製造業者は水素関連の故障のリスクを大幅に軽減し、厳しいアプリケーションで炭素鋼ファスナーの長期的な信頼性を確保することができます。
